Capitulo_1(TRO)(12) Química

2008, Prentice Hall

Roy KennedyMassachusetts Bay Community College

Wellesley Hills, MAProfa. Verónica Sánchez

Tro, Chemistry: A Molecular Approach 2

1. Constituido de un átomo de carbono y dos de átomos de oxígeno

2. Gas3. No se enlaza a la hemoglobina

Dióxido de carbono

1. Constituido de un átomo de carbono y un átomo de oxígeno.

2. Gas3. Se enlaza a la hemoglobina

Monóxido de carbono

Átomos y Moléculas• Las propiedades de la materia están determinadas por

los átomos y moléculas que la componen.

Átomos and Moléculasátomos

son partículas submicroscopicas son las piezas fundamentales de construcción de toda la

materiamolécules

Dos o más átomos enlazadosLas moléculas existen en diferentes formas

Química es la ciencia que busca entender el comportamiento de la materia, estudiando el comportamiento de los átomos y las moléculas.


Método Científico

hipótesis – una interpretación tentativa o explicación para una observaciónPuede ser confirmada o refutada por otras observacionesSe prueba mediante experimentos – validarla o invalidarla

LeyUn enunciado de un comportamiento que siempre es

observadoResume observaciones pasadas y predice observaciones

futurasLey de Conservación de masas


Hipótesis es una explicación tentativa o predicción de las observaciones experimentales.

Una teoría es un principio unificador que explica un cuerpo de hechos y las leyes basadas en ellos.

Se puede validar o invalidar a través de experimentos y observaciones


Método Científico


the careful noting and recording of natural phenomena

a test of a hypothesis or theory

a tentative explanation of a single or small number of natural phenomena

a general explanation of natural phenomena

a generally observed natural phenomenon

¿Cuál de las siguientes es una hipótesis?Las burbujas se forman cuando el líquido se calienta en la

tetera.Las burbujas son el estado gaseoso del líquido original.Las moléculas en el líquido tienen suficiente energía para

escapar.


Clasificación de la materiaMateria es todos aquello que tiene masa y ocupa espacio. Se clasifica en sólido, líquido, o gas


Clasificación de la materiaEstado físico

La materia se clasifica en sólido, líquido o gas basado en las características que exhiben.

Estado Forma Volumen Comprimible Fluir

Sólido Fijo Fijo No No

Líquid Indef. Fijo No Si

Gas Indef. Indef. Si Si


Sólido


Líquido Gas

Sólido cristalino

Algunos sólidos tienen sus partículas organizadas en un patrón geométrico ordenado.

sales y diamantes


Sólido amorfo

Algunos sólidos tienen sus partículas distribuidas al azar sin ningún patrón ordenado.plásticocristalcarbón



• Su composición no cambia

• Constituida de un solo tipo de partícula• Todas las muestras tienen las mismas características.

• Su composición varia de muestra en

muestra.• Constituida por diferentes tipos de partículas.• Las muestras tienen diferentes características.

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• No se puede separar en sustancias más simples por reacciones químicas.

• Constituido por un solo tipo de átomo.

• Se combinan para formar compuestos.

• Se puede descomponer por procesos químicos.

• Constituido de moléculas con dos o mas átomos diferentes.

Clasificación de las mezclashomogéneas = mezclas de composición uniforme a

través de toda la muestra y consta de una o más sustancias en la misma fase. Cada parte de la mezcla tendrá las mismas

propiedadesátomos o moléculas mezclados uniformemente

heterogéneas = mezcla que no tiene composición uniforme Cada parte de la muestra tendrá diferentes

propiedadesátomos o moléculas no están mezclados

uniformementeTro, Chemistry: A Molecular Approach 15

16

• Composición uniforme

• Composición no uniforme.

¿Cuál de las siguientes es correcto para lo representado en el dibujo?

Un gas puroUn líquido puroUna mezcla de gasesUna mezcla sólida

18

19

Cambios en la materiaCambios que alteran el estado de la materia sin

alterar la composición es un cambio físico.

Cambios que alteran la composición de la materia son cambios químicos.

Durante un cambio químico, los átomos que están presentes se rearreglan en nuevas moléculas, pero todos los átomos originales están presentes.



Disolver o azúcar

C12H22O11(s)

C12H22O11(aq)

Evaporar agua


La oxidación del hierro es un cambio químico.


C3H8(g) + 5 O2(g) → 3 CO2(g) + 4 H2O(l)

Propiedades de la materia

Propiedades físicas características de la materia que pueden cambiar sin cambiar su composición. Características que se observan directamente. Propiedades intensivasPropiedades extensivas


Propiedades de la materia

Propiedades químicas son características que determinan como la composición de la materia cambia como resultado del contacto con otra materia.

Características que describen el comportamiento de la materia.


Cambios en energía en la materiaCambios en la materia, tanto químicos como

físicos, resulta en ganancia o perdida de energíaenergía es la capacidad para hacer trabajoTrabajo es fuerza aplicada por distancia

Una fuerza es empujar o halar un objetoFuerza electrostática es halar o empujar objetos que

tienen carga eléctrica


Energía de la materiatoda la materia posee energíala energía se clasifica en cinética o potencialLa energía se puede interconvertir una en la

otracuando ocurre cambios químicos o físicos en

la materia la cantidad de energía en la materia también cambia


Energía cinética es la energía de movimiento de los átomos, moléculas y partículas subatómicas


• Energía potencial es energía almacenada en la materia

Ley de la conservación de la materia

• La energía del universo es constante

Procesos espontáneosMateria que posee alta energía

potencial son inestablesLos procesos en la naturaleza

tienden a ocurrir por si mismo cuando el material resultante posee menor energía potencial

Cuando un proceso resulta con un material con menor energía potencial que al comienzo, la diferencia en energía es liberada al ambiente.


Unidades EstándaresSistema Internacional de unidades (SI) Tabla 1.1 página 16


Cantidad Unidad Símbolo

longitud metro m

Masa kilogramo kg

Tiempo Segundo s

Temperatura kelvin K

Cantidad de sustancia Mole Mol

Corriente eléctrica ampere A

LongitudSI metro (m)

1 m = 100 cm1 cm = 0.01 m = 10 mm1 inch = 2.54 cm (exactamente)


MasaMedida de la cantidad de materia

presente en un objetoSI unidad = kilogramo (kg)

2.2 lbs. = 1kgComúnmente se mide la masa in

gramos (g) o miligramos (mg)

1 kg = 2.2046 lbs, 1 lbs. = 453.59 g1 kg = 1000 g = 103 g 1 g = 1000 mg = 103 mg1 g = 0.001 kg = 10-3 kg1 mg = 0.001 g = 10-3 g


TemperaturaMedida de la cantidad promedio de energía

cinética de los átomos y moléculas que componen la materia

A mayor temperatura = mayor energía cinética promedio

El calor fluye de la materia con mayor energía termal a la de menor energía termal hasta que se alcance la misma temperatura

Tro, Chemistry: A Molecular Approach

Escala de temperaturaEscala Fahrenheit, °F

Utilizada en U.S.

Escala Celsius, °CUtilizada en otros

países

Escala Kelvin, K0 K = cero absoluto


Fahrenheit vs. Celsius

273.15C K


1.8

32-F C

Kelvin vs. Celsius

oF =1.8oC+32

Celsius vs. Fahrenheit

Conversión entre escalas de temperaturas

Ejemplo 1

Un niño enfermo tiene una temperatura de

40.000C. ¿Cuál es la temperatura del niño en oF y

en K?


Respuesta: 104.00oF 313.15 K

Ejemplo 2

Galio es un sólido metálico a temperatura

ambiente, pero se funde en líquido en tus manos.

El punto de fusión de galio es 85.6 oF. ¿Cuál es la

temperatura en la escala Celsius y en la escala

Kelvin?


Conversión entre escalas de temperaturas

Respuesta: 29.8oC 303.0 K

Prefijos multiplicadores en el SI

Prefijo SímboloDecimal

Equivalentesignificado

mega- M 1,000,000 Base x 106

kilo- k 1,000 Base x 103

deci- d 0.1 Base x 10-1

centi- c 0.01 Base x 10-2

milli- m 0.001 Base x 10-3

micro- or mc 0.000 001 Base x 10-6

nano- n 0.000 000 001

Base x 10-9

pico p 0.000 000 000 001 Base x 10-12Tro, Chemistry: A Molecular Approach 38

Tabla 1.2 página 19

VolumenUnidad derivada

Medida de la cantidad de espacio ocupado

Unidad en SI = metro cúbico (m3)

1 m3 = 106 cm3 1 cm3 = 10-6 m3 = 0.000001 m3

Volumen de un líquido o gas en mililitros (mL)1 L es un poco más grande que un cuartllo1 L = 1 dm3 = 1000 mL = 103 mL 1 mL = 0.001 L = 10-3 L1 mL = 1 cm3


Unidades más comunes y sus equivalentes

Masa

1 kilogram (km) = 2.205 pounds (lb)

1 pound (lb) = 453.59 grams (g)

1 ounce (oz) = 28.35 grams (g)


Longitud

1 kilometer (km) = 0.6214 mile (mi)

1 meter (m) = 39.37 inches (in.)

1 meter (m) = 1.094 yards (yd)

1 foot (ft) = 30.48 centimeters (cm)

1 inch (in.) = 2.54 centimeters (cm) exactly

Tabla 1.3 página 19


Volumen

1 liter (L) = 1000 milliliters (mL)

1 liter (L) = 1000 cubic centimeters (cm3)

1 liter (L) = 1.057 quarts (qt)

1 U.S. gallon (gal) = 3.785 liters (L)

Masa y volumenDos propiedades físicas principales de la materiaMasa y volumen son propiedades extensivas

El valor depende de la cantidad de la cantidad materiaAunque la masa y el volumen son propiedades

individuales, para un tipo de materia ambas están relacionadas.


DensidadEs una propiedad intensiva

Valor independiente de la cantidad de materia

Sólidos = g/cm3

1 cm3 = 1 mL

Líquidos = g/mLGases = g/LVolumen de un sólido se puede determinar por el

desplazamiento de agua – Principio de ArchimedesDensidad : sólidos > líquidos >>> gases

excepto hielo que es menos denso que el agua líquida!


Volumen

MasaDensidad

Densidad

Para volúmenes iguales, objetos más densos tienen mayor masa

Para masas iguales, objetos más densos tienen menor volumen

Calentar un objeto generalmente causa que este se expanda, por lo tanto la densidad cambia con la temperatura


DensidadEjemplo 1

Un hombre recibe un anillo de platino para su prometida. Antes de la boda el hombre se percata que el anillo es muy liviano para su tamaño y decide medir su densidad.. El coloca el anillo sobre una balanza y encuentra que tiene una masa de 3.15 gramos. El luego determina que el anillo desplaza 0.233cm3 de agua. ¿La sortija es de platino? La densidad de platino es 21.4 g/cm3.


Respuesta: 13.5g/cm3

¿Qué es una medida?Observación cuantitativaCada medida tiene un

número y una unidad Las medidas científicas se

reportan de tal forma que cada dígito escrito es cierto, excepto el último que es estimado.


Cifras significativasSon todas las cifras ciertas y la primera incierta


12.3 cmtiene 3 cifras sign.

12.30 cmtiene 4 cifras sign.

Reglas de cifras significativas1) Todos los dígitos que no sean cero son

significativos 1.5 tiene 2 cifras significativas

2) Ceros entre dígitos no ceros son significativos 1.05 tiene 3 cifras significativas.

3) Ceros a la izquierda de un punto decimal y ceros a la izquierda de un primer número no cero no son significativos.

0.001050 tiene 4 cifras significativas. 1.050 x 10-3


Continuación cifras significativas

4) Los ceros pueden ser o no significativos

1) Los ceros después de un punto decimal son significativos 1.050 tiene 4 cifras significativas.

2) Ceros al final de un número sin punto decimal son ambiguos y para evitar su ambigüedad se utiliza notación científica. si 150 tiene 2 cifras sign. Se escribe 1.5 x 102

pero si 150 tiene 3 cifras sign. Se escribe 1.50 x 102


Continuación cifras significativas

Números exactos tiene número ilimitado de cifras significativas

Un número cuyo valor se conoce con certeza es exactoContar objetos individualesPor definición

1 cm es exactamente igual a 0.01m

Para valores íntegros en una ecuación


radius of a circle = diameter of a circle2

Ejemplo 1 Determinar el número de cifras significativas


¿Cuántas cifras significativas hay en cada uno de los siguientes?

0.04450 m

5.0003 km

10 dm = 1 m

1.000 × 105 s

0.00002 mm

10,000 m

4 cifras significativas


Número infinito de cifras sign. Numero exacto


1 cifra significativa

Ambiguo, generalmente asumir 1 cifra.

Multiplicación y División con cifras significativas

En la multiplicación o división, el número de cifras

significativas del resultado debe ser el mismo de

la cantidad con menor cifras significativas.

5.02 × 89,665 × 0.10 = 45.0118 = 45 3 cifras 5 cifras 2 cifras 2 cifras

5.892 ÷ 6.10 = 0.96590 = 0.966 4 cifras 3 cifras 3 cifras


Suma y resta con cifras significativasAl sumar o restar números, el número de cifras

significativas en el resultado es igual al número de sitios decimales que la medida que menos sitios decimales tenga.

5.74 + 0.823 + 2.651= 9.214 = 9.212 decimales 3 decimales 3 decimales 2

decimales

4.8 - 3.965 = 0.835 = 0.8 1 decimales 3 decimales 1 decimal


Redondeo

Cuando se redondea un número, al último dígito que se conserva se le aumenta una unidad sólo cuando el dígito siguiente es 5 o mayor.

Para evitar errores en redondeo, redondee sólo al final.


RedondeoRedondee a dos cifras significativas2.342.372.3498650.0234 0.02370.02349865 234 237 234.9865


Cálculos con cifras significativas

Cuando se realizan cálculos con diferentes tipos de operaciones matemáticas, se realiza primero lo que está en paréntesis, evalué las cifras significativas en la respuesta intermedia y luego realice los demás pasos.

3.489 × (5.67 – 2.3) =

2 ld 1 ld

3.489 × 3.37 = 12

4 cs 1 ld & 2 cs 2 cs


Ejemplo 1.6 Calcule y reporte el resultado con el número correcto de cifras significativas


4555.30015.45120.010.1 a)

5820.100

1.105

355.0

33.4526755.45299870.3562.4 c)

02.855.084.14 d)

b)

Ejemplo 1.6 Calcule y reporte el resultado con el número correcto de cifras significativas


652.065219.04555.30015.45120.010.1 a)

4.9 8730.4

5820.100

1.105

355.0

5379904.5233.4526755.45299870.3562.4 c)

1.0142.002.855.084.14 d)

b)

Precisión y exactitud

Exactitud indica cuan cercana esta una medida del valor verdadero o actual de la cantidad

precisión indica cuan reproducible es una medida



Resolución de problemas y análisis dimensional

Siempre escriba el número con su unidad

Siempre incluya las unidades en sus cálculos

El utilizar las unidades como guía para resolver problemas se conoce como análisis dimensional


Muchos problemas en química utilizan relaciones para convertir una unidad en otra.

Factores de conversión son relaciones entre dos unidades.

1 pulgada = 2.54 cm


in1

cm54.2cm54.2

in1


Organice los factores de conversión para que las unidades cancelen


deseada unidaddada unidad

deseada unidaddada unidad



1. Convertir 30.0mL a qt (1L = 1.057qt)

2. Convertir 35cm a pulgadas (2.54 cm = 1 pulgada

3. Convertir 5.70 L en pulgadas cúbicas

Densidad como factor de conversión

¿Cuánto es la masa de una muestra de

4.0 cm3 de plomo? La densidad de plomo es 11.3g/cm3



Práctica:

La gasolina actualmente tiene un valor aproximado de 86 centavos/litro. ¿Cuánto es el costo de la gasolina en dólares/galón? (1galón = 3.78 L)

Si el tanque de un carro se llena con 60 litros de gasolina, ¿cuánto pagará el dueño del carro (en dólares) cada vez que llene el tanque?

Si la eficiencia de ese carro es 30.0 millas/galón, ¿Cuántas millas podrá viajar con el tanque de gasolina lleno?

Si un viaje (ida y vuelta) de Ponce a Mayagüez tiene 100 millas, ¿cuántos viajes (ida y vuelta) podrá realizar con el tanque del carro lleno?

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